在出航前夕，達爾文寫信給小獵犬號的船長羅伯特．費茲羅伊 (Robert FitzRoy)：「上船便是我第二人生的第一天，在我有生之年，都會視這一天為生日。」
一出航竟然開始後悔想家，他這樣解決...
小獵犬號在同年12月啟航了，年紀輕輕的達爾文幾乎立刻後悔了。船很小，又因波浪而劇烈搖晃，他嚴重暈船，東西吃了就吐。他想到要那麼久見不到家人就覺得難受，而且還有好幾年時間得和船上這麼多的陌生人打交道。他開始出現心悸的症狀，覺得自己得了重病。水手們注意到他在船上幾乎派不上用場，於是對他很冷淡。費茲羅伊船長是個陰晴不定的人，即使雞毛蒜皮的小事都會令他暴怒，他還是個狂熱教徒，對《聖經》的內容深信不疑；費茲羅伊叫達爾文要負起責任，到南美洲時，要找到〈創世紀〉章節 (Genesis) 那場洪水及生命起源的證據。
達爾文覺得自己真是個蠢蛋，竟沒聽父親的決定，寂寞排山倒海而來。他怎麼有辦法連續幾年都窩在窄小的空間裡，跟一個半瘋的船長住在艙房內呢？
航行過了幾週後，他絕望地擬訂一套策略。在家裡的時候，每當他心緒混亂，只要到大自然裡走走、觀察觀察周遭的生命，總是能令他恢復平靜，甚至會渾然忘我。如今這艘船就是他的大自然，他要觀察船上的生命，仔細研究每位船員和這名船長的性格，就像在記錄各種蝴蝶斑紋一樣。比如，他注意到竟沒人埋怨伙食、天氣或手上的工作，原來水手很看重堅忍的特質，他也要試著採取這種態度。費茲羅伊似乎有點缺乏安全感，不時需要從海軍官兵身上證明自己的確位高權重，達爾文打算不斷滿足他這種需求。一點一滴地，他開始能夠融入船上的作息，言談舉止甚至沾上了一些海員的調調。這些都有助於排遣他的寂寞。
幾個月後，小獵犬號抵達巴西，達爾文這才明白當初為何會對這趟航程感到熱血沸騰了。種類浩繁的各色動植物令他心醉神迷，這裡簡直是博物學者的天堂。所有物種都與他在英國觀察、採集過的東西截然不同。有天他走進森林裡，見識到所見過最古怪也最殘忍的奇觀：有一隊不斷往前行進的小黑蟻，隊伍長度高超過九○公尺，沿途吞噬掉所有擋道的生物。森林裡的生物多如繁星，不論往哪裡看，都會看到激烈的生死存亡之爭。達爾文在履行他的職責時，很快便碰到一個大問題：能捕捉到的鳥類、蝶類、蟹類、蜘蛛等統統很奇特，但他的任務還包括得慎選要寄回英國的標本，到底要用何標準判斷哪些值得採集呢？
於是他必須擴充自身所知，不但要投注大量時間鑽研路上看見的一切，做筆記，還要設法建構起龐雜的資訊，將全部的標本製作目錄，將自己的觀察爬梳出條理來。這是極浩大的工程，但一點都不像他痛恨的學校作業，他做得可興奮極了。這些是活生生的物種，不是書本上模糊又抽象的概念。
